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Los meteoritos atraviesan regularmente la atmósfera terrestre con efectos potencialmente devastadores. Ahora, científicos revelan que utilizaron kilómetros de fibra óptica para analizar las ondas de choque de una nave espacial de la NASA que regresa a la Tierra, lo que sugiere que las redes de fibra óptica existentes podrían ayudar a esclarecer los impactos cósmicos naturales que constantemente azotan nuestro planeta.
Aproximadamente 100.000 toneladas de meteoritos caen sobre la Tierra cada año a velocidades hipersónicas, de hasta aproximadamente 262.000 kilómetros por hora. Los científicos desearían analizar las trayectorias de los meteoritos con mayor detalle para comprender mejor los riesgos que podrían representar, pero la naturaleza generalmente impredecible de los meteoritos lo dificulta.
Imagen de la NASA de un meteoroide ardiendo en la atmósfera.
Los cables de fibra óptica brindan soluciones
Una oportunidad para solucionar ese problema llegó con el regreso de la misión de la NASA "Orígenes, Interpretación Espectral, Identificación de Recursos y Seguridad-Explorador de Regolitos" (OSIRIS-REx). Lanzada en 2016, OSIRIS-REx aterrizó en el asteroide Bennu en 2020 y cargó las muestras recolectadas en una cápsula que regresó a la Tierra, aterrizando sin problemas en el Campo de Pruebas y Entrenamiento de Utah del Departamento de Defensa de EE. UU. el 24 de septiembre de 2023. El tiempo y la trayectoria conocidos de este regreso brindaron a los científicos la excepcional oportunidad de desplegar conjuntos de sensores para analizar la cápsula durante su descenso.
En un nuevo estudio, investigadores del Laboratorio Nacional de Los Alamos, en Nuevo México, y de la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins utilizaron cables de fibra óptica para detectar las ondas acústicas de la sonda OSIRIS-REx mientras surcaba el cielo. Emplearon una estrategia conocida como detección acústica distribuida, que, según estudios previos, permite detectar ondas sísmicas de terremotos y sismos lunares.
¿Qué es la detección acústica distribuida?
La detección acústica distribuida transmite pulsos de luz láser a través de fibras ópticas y analiza la intensidad de las señales reflejadas por las imperfecciones de las fibras. Un ligero estiramiento o contracción de la fibra debido a las ondas acústicas puede alterar estas señales reflejadas.
Durante la última década, los avances en la detección acústica distribuida la han expandido más allá de su uso específico en pozos de sondeo a otras aplicaciones. «La detección acústica distribuida se utiliza generalmente para detectar vibraciones que se propagan en sólidos, como la tierra, o en líquidos, como el océano, pero se ha empleado con menos frecuencia para ondas acústicas que se propagan en el aire», afirma Carly Donahue, física de Los Álamos.
Antes del regreso de OSIRIS-REx, los científicos desplegaron 12 kilómetros de cables de fibra óptica a lo largo de caminos de tierra entre dos sitios cerca de Eureka, Nevada. También utilizaron seis pares de sismómetros y sensores de infrasonido para validar la precisión y fiabilidad de los sensores acústicos distribuidos.
Los investigadores se apresuraron a ensamblar una red de cables de fibra óptica para intentar detectar el regreso de la nave espacial OSIRIS-REx a la Tierra en 2023. Fotografía de Elisa McGhee.
“Como nos enteramos de la oportunidad solo cinco meses antes de la llegada, tuvimos que apresurarnos a reunir un equipo, elaborar un plan y reunir todo el equipo necesario”, dice Donahue. “Eureka, Nevada, es conocida como el pueblo más acogedor en la carretera más solitaria de Estados Unidos y no está ni cerca de una gran ciudad. Por lo tanto, necesitábamos estar preparados para traer nosotros mismos todo el equipo necesario”.
Investigaciones previas demostraron que enterrar la fibra óptica reduce el ruido que los sensores acústicos distribuidos pueden experimentar debido al viento. Sin embargo, a pesar de que gran parte de la fibra se encargó con meses de antelación, llegó solo unos días antes del inicio del experimento. Este tiempo limitado significó que "no era factible enterrarla, así que la extendimos en la superficie", explica Donahue.
Las pruebas de los sensores «detectaron diversas señales de vehículos, aviones y personas en movimiento, lo que generó preocupación de que estas señales de fondo pudieran ocultar por completo las de la cápsula espacial», afirma Donahue. Para mitigar esto, los científicos se coordinaron con la policía estatal para detener temporalmente el tráfico durante el periodo de reingreso.
“Nunca antes se había intentado registrar la reentrada de una cápsula espacial con sensores de fibra óptica, como los sensores acústicos distribuidos, así que estábamos muy preocupados de viajar desde Nuevo México a Nevada y no obtener ningún resultado”, explica Donahue. “Nos emocionó comprobar que no solo detectamos la reentrada en ambos lugares, sino que también registramos un valioso conjunto de datos que nos permitió comprender cómo evolucionó la onda de choque sónica durante su propagación”. Los sismómetros y los sensores de infrasonido registraron lecturas similares.
Donahue sugiere que las futuras campañas de detección acústica distribuida que analicen objetos que ingresan a la atmósfera de la Tierra podrían aprovechar fibras de telecomunicaciones preexistentes o fibras ópticas diseñadas para medir específicamente explosiones sónicas u ondas sísmicas.
(Fuente: IEEE Spectrum, editado y reimpreso por Fibermart)
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